(57)【要約】【課題】軽くて剛性あるプロペラシャフトを提供する。【解決手段】シャフト組立体は、薄壁管状部材（２０）と、管状部材（２０）内に固定された支持部材（３０）とを含む。支持部材（３０）は、管状部材（２０）内で第１の長さ（Ｌ１）を延び、シャフト組立体の撓み振動数を増大させるように管状部材（２０）の内側面（２２）と係合する高い弾性係数を有する樹脂又は接合剤を含浸した発泡プラスチックを含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄壁管状部材（２０）と該管状部材（２０）内に固定された支持部材（３０）とを含むシャフト組立体であって、
前記支持部材（３０）が、前記管状部材（２０）内で第１の長さ（Ｌ１）だけ延び、前記シャフト組立体の撓み振動数を増大させるように前記管状部材（２０）の内側面（２２）と係合する剛性発泡プラスチックを含むシャフト組立体。
【請求項２】
前記支持部材（３０）が、高い弾性係数を有する樹脂又は接合剤が含浸されたオープンセル発泡プラスチックを含むことを特徴とする請求項１に記載の組立体。
【請求項３】
前記支持部材（３０）が管状であることを特徴とする請求項１に記載の組立体。
【請求項４】
支持部材（３０）が、該支持部材（３０）の重量を低減するために第１の長さ（Ｌ１）に沿って形成された複数の開口（３６）を含むことを特徴とする請求項３に記載の組立体。
【請求項５】
前記オープンセル発泡プラスチックが可撓性であることを特徴とする請求項２に記載の組立体。
【請求項６】
前記管状部材（２０）が、金属又は補強プラスチックを含むことを特徴とする請求項１に記載の組立体。
【請求項７】
前記管状部材（２０）が、第２の長さ（Ｌ２）を有し、比Ｌ１／Ｌ２が１．０よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の組立体。
【請求項８】
前記管状部材（２０）の各端部に固定された継手要素又はスタブシャフトを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の組立体。
【請求項９】
前記シャフト組立体が動力伝達シャフト又はプロペラシャフトであることを特徴とする請求項１に記載の組立体。
【請求項１０】
剛性のある動力伝達シャフトを製造する方法であって、
薄壁の金属又は補強プラスチック管体を準備する段階と、
前記管体の長さに沿って延びる剛性発泡プラスチックを含む支持部材を、前記管体の内側面と係合するように前記管体内に同軸的に挿入する段階と、
を含む方法。
【請求項１１】
前記支持部材を挿入する段階が、高い弾性係数を有する樹脂又は接合剤をオープンセルプラスチック発泡材に含浸させる段階と、該含浸されたプラスチック発泡材を前記管体の内部に挿入する段階とを含む請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記支持部材を挿入する段階が、前記管体の内部でプラスチック又は接合剤支持部材を発泡させる段階を含む請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記支持部材を挿入する段階が、マンドレルを前記管体内に同軸的に配置する段階と、前記マンドレルと前記管体との間の領域内でプラスチック又は接合剤支持部材を発泡させる段階とを含む請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記含浸されたプラスチック発泡材を前記管体の内部に挿入する段階は、前記含浸されたプラスチック発泡材が硬化する前に行われることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記含浸されたプラスチック発泡材を前記管体の内部に挿入する段階が、前記含浸されたプラスチック発泡材が硬化した後に行われることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車用のプロペラシャフト組立体に関する。より詳細には、本発明は、補強機能を備えた動力伝達装置プロペラシャフト組立体に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両の動力伝達装置は、典型的には、車両に動力を供給するための様々な構成における等速継手と、サイドシャフトと、プロペラシャフトとを含む。様々な設計の等速固定継手は公知である。このような継手は、主として自動車の車輪を駆動するために自動車の動力伝達装置で使用される。これらは、プロペラシャフト又はサイドシャフトのいずれかにおいて使用することができる。サイドシャフトは、車軸駆動装置から従動輪まで延びており、例えば、後車軸差動装置の出力を従動輪のハブに連結する。プロペラシャフトは、前輪駆動装置のギヤボックス出力から後車軸に関連する後車軸差動装置へ駆動力を伝達する働きをする。
【０００３】
プロペラシャフトに関しては、多数の異なる設計が使用されている。これらは、例えば、２つの継手を備えたシャフトを含み、これらの継手は、シャフトの両端に配置され、前部においてギヤボックス出力に連結され、後部において駆動装置入力に連結されるように配置されている。また、多分節プロペラシャフトも一般的である。例えば、２つのプロペラシャフト部分を中央軸受又は中間軸受により連結する。通常は、プロペラシャフトの両端部、すなわちギヤボックス出力及び駆動装置入力に対して自在継手が配置される。中央領域に自在継手を設けることも可能である。中央領域に等速プランジング継手を設けても良い。プロペラシャフト自体は、通常は金属製であるが、カーボンファイバ及び他の材料も使用されている。
【０００４】
自動車の駆動装置は、先行技術による組立体においては、運動振動と構造生成音の形態でプロペラシャフトに伝達される振動を発生する。更に振動は、プロペラシャフト自体の比較的高い回転速度によって生じる。加えて、回転運動が動力伝達装置全体に伝達される間に、トルク値と回転速度の変化が常に発生する。負荷値が公称トルクの１０倍にまで突然増大し、回転速度が毎分１０，０００回転にまで上昇することも稀ではない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
振動及び固体伝搬音の車室内への伝達を低減するために、多分節プロペラシャフトが、典型的にはプロペラシャフト組立体に沿う節点に配置された中間又は中央軸受と共に使用される。振動を最小化するために、多分節プロペラシャフトの中間部分に沿ってダイナミックダンパも使用される。外装又はコスト／重量を考慮して、より小径のプロペラシャフトを使用することが好ましい場合もあろう。中間軸受又はダイナミックダンパを必要としない長いシャフトを可能にするような、より剛性のあるプロペラシャフトに対する必要性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、構造的剛度が改善されたプロペラシャフトを提供する。プロペラシャフト組立体は、薄壁管状部材と、この管状部材の各端部に固定された接続部材と、管状部材内に固定された支持部材とを含む。支持部材は、管状部材内で第１の長さ（Ｌ１）だけ延び、プロペラシャフト組立体の撓み振動数を増大させるように管状部材の内側面と係合する剛性発泡プラスチックを含む。
【０００７】
別の実施態様において、剛性動力伝達シャフトを製造する方法が提供される。この方法は、薄壁の金属又は補強プラスチック管体を準備する段階と、支持部材を管体の内側面と係合するように管体内に同軸的に挿入する段階とを含む。支持部材は、管状部材の長さに沿って延びる剛性発泡プラスチックを含む。
【０００８】
本発明のプロペラシャフトは、より長く作ることができると同時に、車両の動力伝達装置内における撓み振動を低減又は排除するように作ることができる。剛性が向上することにより、より小径のシャフトを動力伝達装置内で使用することも可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の他の特徴は、本発明の特徴を例示的に示す図面を参照しながら以下の詳細な説明を読むことにより当業者には明らかになるであろう。
【００１０】
本発明をより完全に理解するために、添付図面に詳細に示される実施形態を参照しながら本発明を実施例により以下に説明する。
【００１１】
以下の記述においては、様々な動作パラメータ及び構成要素が、１つの構成される実施形態に関して説明される。これらの特定のパラメータ及び構成要素は例示として含まれ、本発明を限定を意味するものではない。
【００１２】
本発明は、車両の動力伝達装置における剛性が改善されたプロペラシャフトに関連して説明されるが、以下の装置は、自動車、プロペラシャフトを使用するモータシステム、又は剛性のあるトルク伝達シャフトを必要とする他の車両又は非車両用途を含む様々な目的に適合可能である。次に、様々な図の同じ構成要素を識別するために同じ参照符号が使用される添付図面を参照すると、図１は、プロペラシャフト組立体を有する自動車の例示的な動力伝達装置の概略図を示す。図１の動力伝達装置組立体は、本発明によるプロペラシャフトを使用することができる環境の例証である。他の動力伝達装置のレイアウトもまた、本明細書で開示されたプロペラシャフトを使用することができ、これには後輪駆動車両又は四輪駆動車両のためのシングルユニットプロペラシャフト構成、又は多分節プロペラシャフト構成が含まれる。また、本発明によるシャフトは、サイドシャフト組立体、或いは非自動車のトルクシャフト用途においても使用することができる。
【００１３】
図１の実施形態に、四輪駆動車用の動力伝達装置が示されている。２つの前輪１と２つの後輪２とが駆動される。また、図１はギヤボックス出力４を備えたギヤボックス３を示している。後車軸の領域内には、駆動装置入力６を備えた車軸駆動装置５が設けられている。２つの前輪１は、サイドシャフト７によって駆動される。２つの後輪２は、車軸駆動装置５から始まるサイドシャフト８によって駆動される。ギヤボックス３と車軸駆動装置５とは、２つのプロペラシャフト部分９及び１０を含むプロペラシャフト組立体によって連結される。プロペラシャフト組立体は、本実施形態においては、ほぼ中央に配置された中間軸受１１により車両のフロア組立体上に更に支持される。中間軸受又は中央軸受１１は、中央軸受同調アブソーバ、即ちダイナミックダンパとすることができる。
【００１４】
プロペラシャフト組立体は、第１のプロペラシャフト部分９において、ギヤボックス出力４の近傍に配置された第１の回転継手１２を含む。２つのプロペラシャフト部分９、１０を連結するために、第２の回転継手１３が設けられる。第２のプロペラシャフト部分１０の一方の端部には、連結機構を介して後車軸の領域内において車軸駆動装置５の駆動装置入力６に連結される第３の回転継手１４が配置される。多くの用途において、プロペラシャフト部分９、１０は、エンジンによって生じる速度よりも高速で回転することができる。後輪２の減速は、車軸駆動装置５において行われる。一方、例えば、プロペラシャフト部分９、１０及び関連する継手１２、１３、１４を備えたプロペラシャフト組立体は、最大で毎分１０，０００回転までの速度で回転することができる。後輪２を駆動するサイドシャフト８の速度は、ほぼ最大で毎分２，５００回転に達するに過ぎない。
【００１５】
このように、図１の動力伝達装置組立体は、２つのプロペラシャフト部分９、１０を含む多分節プロペラシャフト動力伝達装置組立体であって、これらのプロペラシャフト部分の少なくとも一方は、本発明による改善された構造的剛性を有するプロペラシャフトである。本発明は、前輪駆動、全輪駆動、後輪駆動、又は他の四輪駆動式動力伝達装置構成においても使用することができる。本発明の改良されたプロペラシャフトは、単一のプロペラシャフト（第２の継手１３を省いた）、又は２つよりも多いプロペラシャフト部分を有する動力伝達装置組立体においても使用することができる。実際、改善された剛性により、第２の継手１３は、動力伝達装置のＮＶＨ特性で所望の低減を実現するためには必要ではないであろう。
【００１６】
次に図２を参照すると、本発明の一実施形態によるプロペラシャフトの横断面図が示されている。図２は、例えば図１のプロペラシャフトの中央部分９又は１０を形成することができる、本発明によるプロペラシャフト組立体の管状中央部分を示す。シャフト９、１０は、内側面２２と外側面２４とを有する薄壁中空管体２０を含む。管体２０の内側面２２は内部空間２６を定める。シャフト９、１０の管状部分２０は、典型的には金属製であるが、このような中空シャフトはまた、カーボンファイバ、繊維強化プラスチック、或いは他の炭素又は化学複合材料で作られている。管状部分２０は、金属管の場合のように単層であってもよく、繊維強化プラスチック又はシ−ト巻カーボン構成の場合のように多層であってもよい。
【００１７】
管体２０の内部２６には、管体の横方向の剛性を高め、すなわち管体２０の剛性を改善してこれにより完成シャフト組立体の撓み振動数を増大させるように機能する支持部材３０が挿入される。支持構造体３０は、所与の直径の管体２０においてシャフト９、１０をより長く設計することを可能にする。支持部材３０は、軽量の剛性構造体を含む。図２の実施形態においては、支持構造体は、接合剤又はエポキシ樹脂含浸オープンセル発泡挿入体である。オープンセル発泡材は、加工が容易で、軽量とすることができ、接合剤又はエポキシ樹脂を容易に受け入れ可能であるという点で有利である。オープンセル発泡材は、樹脂又は接合剤用の柔軟な基材として機能し、これらの樹脂又は接合剤が発泡材と組み合わされた時に、高い弾性係数を有する軽量構造体を形成して管体の剛性を改善する。オープンセル発泡材は、内径によって定められる内側面３２と、外径によって定められる外側面３４とを有する中空管体の形態である。オープンセル発泡管体の外径は、該発泡体が定位置にある時に管体２０の内径以上であるように選択されるべきである。これにより、発泡材３０の外側面３４と管体２０の内側面２２との間の十分な締まり嵌めが確保され、支持部材３０によって組立体全体の構造的剛性を向上させることができる。オープンセル発泡材はまた、中実の円柱体とすることができるが、支持構造体の追加重量は、このような構造体がもたらす剛性の向上の利点を打ち消す可能性がある。構造体の重量を低減するために、発泡材の管体又は円筒体内に半径方向の開口３６を形成することができる。この開口は、発泡材の長さに沿って円周方向及び軸方向に間隔を置いて配置することができる。発泡挿入体のバランスを維持するために、開口３６の各群３８は、円周方向に均等に離間すべきである。例えば、４つの開口３６が求められている場合には、互いに約９０°だけ円周方向で離間すべきである。３つの開口３６が求められている場合には、互いに約１２０°だけ離間すべきであり、その他も同様である。
【００１８】
幾つかの種類のオープンセル発泡材が入手可能であり、これらの多くは、所望の支持を提供するために樹脂又は接合剤の十分な基材として機能する。本出願において、用語「発泡材」は、ポリマーベース材料の全ての発泡材類を含み、可塑性固体相に分散された気体相を含むものとする。このような構造体は、典型的にはプラスチック発泡材、発泡性プラスチック、及び海綿状プラスチックと呼ばれている。これらの用語は、互換的に使用され、セル構造に関係なく発泡プラスチックを意味する。本発明は、オープンセル発泡材を使用する。発泡材は、典型的にはオープンセル又はクローズドセルとして分類される。オープンセル発泡材において、個々のセルは相互に連結されて１つのマトリックスを形成する。用語「スポンジ」は、オープンセル発泡材を意味するのに使用される場合がある。一般に、完全に１つのタイプのセル構造を有する発泡材は存在しない。従って、用語「オープンセル」は、発泡材の優位を占めるセルパターンを意味する。オープンセルプラスチック発泡材はまた、構造体を管体２０の開口内に組み込めるように、可撓性であるべきである。オープンセルプラスチック発泡材は、液体及び気体の通過に対する抵抗がほとんどないことから、本発明の支持構造体にとって好ましいものである。従って、該発泡材は、接合剤又は樹脂に対する良好な基材構造体として機能する。
【００１９】
高い弾性係数を有するエポキシ樹脂又は接合剤は、可撓性オープンセルプラスチック発泡材によって担持される。
【００２０】
次に図３を参照すると、図２のプロペラシャフトの長手方向断面図が示されている。図３から分かるように、支持部材３０の長さ（Ｌ１）は、管体２０の長さ（Ｌ２）に対して変えることができる。また、図を簡単にするために、スタブシャフト又は内側或いは外側継手部品などの端部連結部材は、図３から省略してある。このような端部連結部材は、全体的にプラグ４６で表されているが、シャフト連結部材に追加してこのようなプラグ４６を使用することもできる。
【００２１】
シャフト９、１０の構造に関して言えば、シャフトの寸法は、特定の動力伝達用途にとって望ましい固有撓み振動数によって決まる。プロペラシャフト管体の寸法は、通常、長さ（Ｌ２）の４０ｍｍと２，５００ｍｍとの間で変化する。十分に短い管状シャフトは、何らの支持部材３０も必要でないように十分に高い剛性を有する。支持部材３０の軸方向長さ（Ｌ１）に関して言えば、比Ｌ１／Ｌ２は、０．２５よりも小さくなく且つ１．０よりも大きくないようにすべきである。支持部材３０が、管体２０の十分な長さにわたっていない場合には、シャフト組立体の構造的剛性は、あったとしても、ほんの僅かだけ改善されるに過ぎない。同様に、支持部材３０の長さが、管体２０の長さを超える場合には、シャフト組立体の構造的剛性は、これ以上改善されることはない。従って、１．０よりも大きな比Ｌ１／Ｌ２を有する管体組立体が必要とされる可能性はない。
【００２２】
管体２０の厚さは、金属管体の場合には１ｍｍから４ｍｍの範囲、複合材料又はカーボンファイバ管体の場合には１ｍｍから８ｍｍの範囲である。更に、管体２０の外径は、約４０ｍｍから３００ｍｍの範囲で変化すべきである。極めて小径の金属管は、車両の動力伝達装置で使用される場合には、支持部材が管体又はシャフト内で使用される場合であっても、満足にはトルクを伝達することができない。また、極めて大径のプロペラシャフトには、車体の下面に沿った他の車両構成要素と干渉する可能性があることから、パッケージングの問題が生じる。
【００２３】
結果として得られるプロペラシャフト組立体は、幾つかの方法で製造することができる。１つの方法によれば、可撓性オープンセルプラスチック発泡材の管状部片を準備する。この発泡材の外径は、管体２０の内径と等しいか、或いはこれよりも大きい。高い弾性係数を有する樹脂又は接合剤を発泡材部片に塗布して、オープンセル発泡材構造を含浸させる。次いで、飽和した発泡材を管体２０内に挿入する。樹脂が硬化するにつれて、発泡材が硬くなり、これにより管体の剛度特性が増大する。
【００２４】
別の実施形態においては、高い弾性係数を有する非可撓性発泡プラスチックを、管体２０内に挿入する。この発泡プラスチックは、クローズドセルであってもオープンセルであってもよい。発泡材挿入体である支持部材３０は、硬化する前でも硬化後であっても管体２０内に挿入することができる。この場合もまた、発泡材挿入体と管体２０の内側面２２との間を確実に密着させることが望ましい。これは、管体２０の内径と等しいか、或いは僅かに大きな外径を有するように剛性発泡材挿入体を形成することにより達成することができる。発泡材挿入体の直径が管体２０の直径よりも大きい場合には、管体２０に支持部材３０を挿入する際に、発泡材挿入体及び／又は管体２０に幾らかの変形が生じる可能性がある。
【００２５】
別の実施形態によれば、高い弾性係数を有する非可撓性発泡プラスチックを、管体２０の内部で直接発泡させることができる。従って、発泡プラスチック又は接合剤が管体２０の内部で硬化した時に支持部材３０が得られることになる。こうした方法は、支持部材が管体２０の内部形状通りになって、確実に密着するという点で有利である。発泡工程中に管体２０の内部にマンドレル（図示せず）を配置して発泡工程終了後に取り除き、支持部材３０の中央に重量低減のための空洞４８を形成することができる。
【００２６】
以上のことから、当技術分野で新規の改良されたプロペラシャフトが得られたことが分かるであろう。本発明を１つ又はそれ以上の実施形態に即して説明してきたが、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではないことを理解すべきである。反対に、本発明は添付の請求項の精神及び範囲内に含まれる全ての代替形態、変更形態、及び均等物を包含するものである。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】プロペラシャフト組立体を有する車両の動力伝達置の概略図である。
【図２】本発明のプロペラシャフトの横断面図である。
【図３】図２のプロペラシャフトの長手方向断面図である。
【符号の説明】
【００２８】
９、１０  プロペラシャフト部分、２０  薄壁中空管、２２  内側面、２４  外側面、２６  内部空間、３０  支持部材、３２  内側面、３４  外側面、３６  径方向の開口、４８  空洞
【図１】
2005121213.tif 000003
【図２】
2005121213.tif 000004
【図３】
2005121213.tif 000005